驱动器UCC27201上电时刻HO引脚误脉冲的分析及解决

接有 Cboot 电容。Cboot 电容的充电主要是通过 D1 这条路径完成的。

　　经过仿真分析（如图 8）知，Cboot 的充电主要包含如下两个阶段：

　　●阶段一：电容 Cd 通过 D1 给 Cboot 充电。充电电流如图 8 中的红色线所示，先是急剧上升到最大，然后缓慢下降。同时，电容 Cd 的电压（绿色线）逐渐下降，电容 Cboot 的电压（粉色线）逐渐上升。当 Cd 与 Cboot的压差减小为约 0.65V（二极管 D1 的正向导通压降）时，第一阶段结束。

　　●阶段二：12V 供电电压给 Cd 和 Cboot 充电。受限于 Ri，充电电流将小于 1.2A （12V/10ohm）。

　　图 8 中的仿真结果是基于 Cboot 为 300nF，图 9 的仿真结果则是基于 Cboot 为 100nF。对比二者知，修改 Cboot电容容量所带来的主要影响是第一个充电阶段的持续时间，分别约为 280ns 和 120ns。下节会分析第一阶段持续时间不同可能会带来的风险。

　　图 10 给出的是实测波形，其中 CH1 是 LO 的波形；CH2 是 HB-HS 的波形；CH3 是 HO 的波形，CH4 是 VDD的电压波形。可以看到，在 UCC27201 上电后，VDD 电压快速下降，然后又缓慢上升，这与仿真结果一致。

　　3.2 增大 Cboot 电容的风险分析

　　在 UCC27201 的实际应用中，需要注意内部二极管 D1 的反向恢复应力。

　　当 LO 的输出 由高变低后，HS 电压会升高，HB 电压同样也会升高，此时内部二极管将承受反压，并承受随后出现的反向恢复应力。如果反向恢复应力出现之前时刻的二极管正向导通电流超出额定范围，反向恢复应力则会过大而导致二极管失效。UCC27201 要求内部二极管承受反向恢复应力前的正向导通电流在 2A 以下。

　　在该电源系统中，将 Cboot 修改为 300nF 后，二极管正向电流在约 280ns 后降低到 2A。而在开机的第一个周期内，下管的持续时间超过了 3us（如图 11，CH1 和 CH2 是全桥两个下管的驱动信号），即 3us 之后内部二极管才会有反向恢复应力，由于此时正向导通电流已经远低于 2A，二极管无可靠性风险。因此，修改 Cboot 容值到 300nF后二极管不会有失效风险。
 

　　4、解决措施之 Cboot 电容预充电

　　给 Cboot 电容预充电，可以提前产生驱动信号以确保内部 Qc 导通。当系统发波后，LO 变高会产生充电路径而使 Cboot 快速充电，但由于此时内部 Qc 已经导通，HO 将不会产生误脉冲。

　　4.1 预充电电路

　　如图 12 所示，增加一颗电阻 RL后即可形成预充电电路。当 UCC27201 的 12V 建立后，在系统未发波前，12V电压可以通过路径 Ri-》D1-》Cboot-》RL给 Cboot 充电。

　　经仿真知，当对 Cboot 电容预充电至 1V 左右，内部 Qc 就会导通。于是，随后的快速充电将不会再在 HO 引脚产生误脉冲。根据 12V 建立到系统发波之间的延时时间，可以计算合适的 RL值，以保证 Cboot 预充电至 1V 以上。

　　4.2 新增电阻的阻值计算

　　假设延时时间为 1ms，根据如下 RC 充电公式，可知 RL 约为 114Kohm。

　　12V x ［1 – exp（-1ms / RL*Cboot ）］ = 1.0V

　　考虑到系统正常运行后，全桥上管导通时，电阻 RL 存在一定的损耗。最恶劣条件下（高压输入）的损耗计算如下：0.5 x（72V*72V）/100K=0.026W

　　综上可知，实际应用中，可以选取阻值为 114K，封装为 0603 以上的电阻，只要延时时间不少于 1ms，就可以确保 HO 引脚无误脉冲输出。

　　5、总结

　　在 UCC27201 的实际使用中，如果 Cboot 电容充电速率过快，则会在 HO 引脚产生误脉冲。通过对误脉冲产生机理的分析可知，通过增大 Cboot 电容的容量或者在 HS 引脚增加一颗连接到地的电阻，都可以有效的解决该问题，而且上述两个方法都不会对系统带来额外的可靠性风险。

　　但需要注意的是，在采用上述两种方案前都需要仔细评估，以确定当前应用条件下，上述方案不会带来风险。可以邀请 TI 工程师共同参与该评估过程。

　　6、参考资料

　　1. UCC27201 datasheet， Texas Instruments Inc.， 2008

　　2. LM5035 datasheet， Texas Instruments Inc.， 2013